多晶硅太阳电池的电性能测试

多晶硅太阳电池的电性能测试
刘莺;朱冰洁;宋昊;恽旻;丁坤
【摘要】对多晶硅太阳电池进行了电性能测试,研究了光谱响应及温度系数对多晶硅太阳电池电性能测试结果的影响.结果表明:多晶硅太阳电池与常规电池光谱响应不一致,光谱失配修正后测得的短路电流会有明显提高,相应地峰值功率也有所提高;温度对多晶硅太阳电池开路电压的影响较大,对短路电流的影响较小;经过修正,电池的峰值功率与之前相比提高了1.236％.
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2018(054)011
【总页数】4页(P815-818)
【关键词】多晶硅太阳电池;电性能;光谱失配因子;温度系数
【作者】刘莺;朱冰洁;宋昊;恽旻;丁坤
【作者单位】无锡市产品质量监督检验院国家太阳能光伏产品质量监督检验中心,无锡 214101;河海大学机电工程学院,常州 213022;无锡市产品质量监督检验院国家太阳能光伏产品质量监督检验中心,无锡 214101;无锡市产品质量监督检验院国家太阳能光伏产品质量监督检验中心,无锡 214101;无锡市产品质量监督检验院国家太阳能光伏产品质量监督检验中心,无锡 214101;河海大学机电工程学院,常州213022
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
太阳电池光生电流值的大小主要受两个因素的影响：电池的光谱响应和光源的光谱辐照度分布。

电池的光谱响应是指在各个波长上的单位辐照度所产生的电流与波长的关系曲线，该特性曲线与电池自身的工艺材料特性密切相关[1]。

理论上来说，
测试每种类型的太阳电池必须采用与其光谱响应完全一致的标准电池来标定辐照度。

在实际测量中选择的标准电池的工艺和材料与被测试样只能够大致相同，两者光谱响应的偏差需要通过计算得出，并将得出的光谱失配因子代入电流-电压(I-V)特性
试验，对比分析电池的电性能参数[2]。

多晶硅太阳电池的电性能在一定的温度范围内随温度的变化而产生相应的变化，笔者根据多晶硅太阳电池的这一特性，依照IEC 60891-2009《光伏器件测定I-V特性的温度和辐照度校正方法用程序》的温度修正方法，换算不同温度下的测试数据，得到标准条件下的特性参数[3]。

1 试验材料与试验方法
1.1 试验材料
试验所使用的仪器设备：太阳能电池片光电性能测试模拟器、电池量子效率检测仪。

试验的试样为多晶硅太阳电池，如表1所示。

表1 试验电池的种类及其数量Tab.1 Type and quantity of the test cells电池种类数量编号普通多晶硅太阳电池41～4黑硅多晶硅太阳电池45～8黑硅
+PERC(钝化发射极和背面电池技术)多晶硅太阳电池49～12
1.2 试验方法
对多晶硅太阳电池进行4次I-V特性测试，分别是：①设置光谱失配因子为1，温度系数值设为0；②输入电池片相对应的光谱失配因子，不改变温度系数值；③光谱失配因子设为1，输入各个电池片的温度系数值；④输入各个电池片的光谱失配因子和温度系数值。

分析比较多晶硅太阳电池在此4个不同状态下的电性能参数，为了消除多晶硅太
阳电池电容效应的影响，试验中采用的脉冲时间均为140 ms。

2 试验结果与讨论
2.1 无修正的I-V特性
利用太阳能电池片光电性能测试模拟器，将光谱失配因子设为1，温度系数值为0，在标准测试条件[AM(air-miss)1.5，光强为1 000 W·m-2，温度为25 ℃，下同]
下对试样进行电性能测试，测试结果如表2所示。

2.2 光谱修正的I-V特性
用电池量子效率检测仪对试验电池分别进行光谱响应测试，并计算光谱失配因子，计算公式为
(1)
表2 试验电池的电性能数据Tab.2 Electrical performance data of the test cells 电池种类试样编号短路电流Isc/A开路电压Voc/V峰值功率Pmax/W普通多晶硅太阳电池18.8770.625 64.39328.8480.627 34.41938.9610.634
94.55648.9880.633 34.536黑硅多晶硅太阳电池59.1140.636
04.64769.1500.631 64.52679.1110.633 04.65189.1340.631 44.640黑硅
+PERC多晶硅电阳电池99.5660.649 64.932109.5240.650
54.911119.5690.652 04.955129.5720.653 34.946
式中：E0(λ)为标准光谱辐照度分布；E(λ)为实测光源(太阳模拟器)的光谱分布；
Rr(λ)为标准电池的相对光谱响应；Rt(λ)为试验电池的相对光谱响应；d(λ)为波长
的微分。

计算得出的光谱失配因子如表3所示，在进行测试I-V特性的试验时，输入光谱失配因子，并在标准测试条件下进行测试，与未进行光谱修正的测试结果进行对比，
对比结果如图1所示，可见输入试验电池的光谱失配因子后，短路电流有了明显
提高，相应地峰值功率也有了明显提高。

表3 试验电池的光谱失配因子Tab.3 Spectral mismatch factors of the test cells电池片类型光谱失配因子黑硅多晶0.995 60.994 60.995 70.995 1黑硅
+PERC多晶0.995 20.996 20.997 60.998 0
图1 多晶硅太阳电池光谱修正前后的电学特性比较Fig.1 Comparison of electrical properties of polycrystalline silicon solar cells before and after spectral correction: a) the short-circuit current; b) the peak power
2.3 温度系数修正的I-V特性
利用控温载台控制试样电池温度，采用升温法和降温法重复测试短路电流Isc、开
路电压Voc和峰值功率Pmax，且温度跨度范围为20～60 ℃，测试间隔为
2.5 ℃。

以2号普通多晶硅太阳电池为例，测试其在不同温度下电性能数据的变化。

如图2～4所示，分别为试验室内测试的普通多晶硅太阳电池的Isc,Voc,Pmax与
温度的关系函数图，并构造最小二乘法对其进行拟合[4]。

图2 短路电流的温度特性Fig.2 Temperature characteristics of the short-circuit current
图3 开路电压的温度特性Fig.3 Temperature characteristics of the open circuit voltage
上述函数曲线关系可用下式表示
y=ax+b
(2)
图4 峰值功率的温度特性Fig.4 Temperature characteristics of the peak power
式中：a表示温度系数，短路电流温度系数α1取0.005 6 A·℃-1，开路电压温度
系数β1取-0.002 1 V·℃-1，峰值功率温度系数δ1取-0.019 2 W·℃-1。

相对温度系数可用百分数表示，其计算公式为
(3)
式中：TC为相对温度系数，短路电流温度系数α2取0.063 31 %·℃-1，开路电压相对温度系数β2取-0.334 3 %·℃-1，峰值功率相对温度系数δ2取-0.435
0 %·℃-1。

由图2～4可知，随着试验电池温度的升高，短路电流有微小的提升，而开路电压和峰值功率的下降幅度稍大，可见温度对开路电压和峰值功率的影响相对较大。

对试验试样在标准测试条件下进行I-V测试，并输入计算得出的温度系数，将得到的电性能数据与未进行温度修正的测试结果进行对比，其对比结果如图5所示，可见温度修正后，开路电压和峰值功率都有所上升。

图5 多晶硅太阳电池温度修正前后的电学特性比较Fig.5 Comparison of electrical properties of polycrystalline silicon solar cells before and after temperature correction: a) the open circuit voltage; b) the peak power 2.4 光谱修正和温度系数修正的I-V特性
输入光谱失配因子和温度系数，在标准测试条件下测试试验电池，将此时测出来的电性能数据与未经过修正的数据进行对比，如图6所示，测得的电性能数据如表4所示。

可见经过修正后试验电池的短路电流和峰值功率有了明显提高。

通过计算分析，经过修正后试验电池的短路电流提高了0.364%，开路电压提高了0.151%，峰值功率上升了1.236%。

图6 多晶硅太阳电池光谱与温度修正前后的电学特性比较Fig.6 Comparison of electrical properties of polycrystalline silicon colar cells before and after correction of spectrum and temperature: a) the short-circuit current; b) the
open circuit voltage; c) the peak power表4 多晶硅太阳电池光谱与温度修正
后的电性能数据Tab.4 Electrical performance data of polycrystalline silicon solarcells after correction of spectrum and temperature
电池种类试样编号短路电流Isc/A开路电压Voc/V峰值功率Pmax/W黑硅多晶硅太阳电池59.1500.637 74.68569.1940.633 64.68579.1490.634
04.67789.1740.631 94.659黑硅+PERC多晶硅太阳电池99.6080.650
84.999109.5570.650 74.957119.5890.653 15.011129.5900.653 35.004
3 结论
(1) 光谱失配因子对多晶硅太阳电池测试结果中的短路电流影响较大，从而影响电池的输出功率。

(2) 温度对多晶硅太阳电池测试结果中的开路电压影响较大，随着电池温度的升高，短路电流略有增加、开路电压明显下降，导致电池的输出功率随电池温度的上升而下降。

参考文献：
【相关文献】
[1] 刘海涛,边莉,翟永辉. 光伏电池测试中的光谱失配误差修正[J]. 阳光能源,2006(1):51-53.
[2] 朱孔硕,孙健刚,李果华. LED太阳模拟器光谱失配对太阳电池测量影响的研究[J]. 中国照明电
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[3] 姜文娟,张昌远,田永兴,等. 温度修正方法对晶体硅光伏组件测试精度的影响性研究[J]. 太阳
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[4] 恽旻,孙晓,周滢,等. 辐照度和温度对光伏组件光电转换性能测量的影响[J]. 中国检验检
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